气候变化和人类活动正在增加泥炭地野火的频率，严重威胁多年冻土区泥炭地的碳库。大兴安岭冻土泥炭地是我国唯一的高纬度多年冻土泥炭地，位于全球高纬度多年冻土区的最南端，对气候变化具有高度敏感性。该地区泥炭地与森林生态系统交错分布，在林火频发的大兴安岭地区具有重要生态功能。作为林缘部位的重要生态系统，大兴安岭泥炭地在区域林火防控中发挥着关键作用。目前，大兴安岭多年冻土区林缘泥炭地火管理已成为森林防火的重要手段，并由当地林业部门每年秋季对区内林缘泥炭地实施计划火烧。虽然计划火烧对防控森林火灾效果显著，然而计划火烧也通过消耗地表枯落物和产生热解碳对泥炭地的碳库产生影响，其影响过程和潜在机制亟待评估。

图1 大兴安岭地区采样点及试验设计

中国科学院东北地理所湿地演化与生态功能学科组与东北林业大学、吉林农业大学等高校合作，自2020年起在大兴安岭地区的林缘泥炭地进行长期计划火烧模拟试验(图 1)，探究计划火烧影响下多年冻土区泥炭地土壤碳稳定性以及养分循环影响。研究发现，随着计划火烧次数的增加，泥炭土壤总碳含量逐渐下降，原因在于连续火烧导致游离颗粒有机物(fPOM)降低。土壤有机碳的结构方程模型表明，计划火烧后植物生物量的增加直接影响了泥炭地的碳累积，而土壤含水率和pH通过影响土壤碳氮比和土壤有机碳稳定性间接影响了碳累积(图2)。此外，计划火烧导致泥炭地生态系统从氮限制向磷限制转化，植物氮磷比的结构方程模型表明，火后产生的热解碳是驱动氮限制向磷限制转化的主要原因。

图2 计划火烧对泥炭地土壤碳氮循环的影响机制

与此同时，连续低强度的计划火烧降低了多年冻土区泥炭地的土壤碳稳定性，火后热解碳的输入成为泥炭土壤轻组碳组分的一部分，并主要保留在fPOM组分中(图 3)。进一步化学分析表明，计划火烧导致fPOM碳成分变化，火烧区的fPOM中芳香度增加了32%，这意味着泥炭土壤fPOM组分的稳定性明显增加。然而，连续火烧后泥炭土壤热稳定性下降，表现为Q1比例增加以及T50降低，计划火烧通过改变fPOM碳组成，影响了土壤热稳定性。而尽管增加了fPOM中芳香族化合物含量，但同时也促使土壤酶活性和二氧化碳的排放量的增加，对土壤碳稳定性产生了十分复杂的影响。

图3 计划火烧对多年冻土区泥炭地土壤碳组成和稳定性的影响

研究成果近期在线发表于环境领域经典期刊Environmental Science & Technology和Science of the Total Environment，湿地演化与生态功能学科组的联合培养学生李光新和吉生珍分别为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目重大项目、面上项目和重点项目(No. 42494822.42171103.42330509)、中国科学院东北地理所青年科学家小组项目(2022QNXZ01)等项目的共同资助。

论文信息如下：

Li,G.,Sun,L.,* Hu,H.,Ji,S.,Hu,T.,Cong,J.,Han,D.,Gao,C.* 2025. Effects of Low-Severity Fire on the Composition and Stability of Soil Organic Carbon in Permafrost Peatlands (Northeast China). Environmental Science & Technology. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c09001

Ji,S.;Li,G.;Cong,J.;Xu,H.,* Han,D.,Gao,C.* Prescribed burning effects on carbon and nutrient cycling processes in peatlands of Greater Khingan Mountains,Northeast China. Science of the Total Environment 2025.963.178441. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178441